Les démêlés du couple infernal pantographe/caténaire

En traction électrique, un train capte l’énergie dont il a besoin grâce au système pantographe/caténaire. Le pantographe est l’organe situé sur le toit de la locomotive (ou de la motrice), qui lui permet de capter le courant électrique. Il est constitué de bras articulés. Son archet frotte sur la ligne aérienne d’alimentation en énergie électrique, encore appelée caténaire.
La caténaire est cet ensemble de câbles suspendus à des poteaux régulièrement espacés le long des voies ferrées. Elle se compose d’un ou de deux fils de contact, d’un porteur principal, éventuellement d’un porteur auxiliaire, et de pendules verticaux qui relient mécaniquement ces éléments.
Le captage de l’énergie électrique par un train est un petit miracle de la physique : des puissances colossales (environ 9 000 kW pour un TGV) transitent par quelques centimètres carrés (à peine !) de zone de contact entre l’archet du pantographe et la caténaire. C’est parce que le point de contact se déplace continuellement à la faveur de la marche du train qu’un tel captage reste possible. Sinon, l’échauffement provoqué par l’intensité du courant électrique serait tel que la caténaire fondrait immédiatement…
Soumis à son propre poids, le fil de contact a tout naturellement tendance à prendre une certaine flèche en milieu de portée, où sa hauteur pourrait être alors moins élevée qu’au droit des poteaux. Si un pantographe rencontrait une telle caténaire « en montagnes russes », les chocs engendrés aux changements de pente entraîneraient très vite la rupture du système. Pour que la caténaire soit horizontale, on la tend donc mécaniquement. Cette tension mécanique est régulée par des contrepoids pour compenser les effets de la dilatation.
Dans le couple pantographe/caténaire, tout est affaire d’équilibre. Le pantographe est un ensemble mécanique déformable avec une forte prise au vent, qui a tendance à se comporter parfois comme une aile d’avion. Et la caténaire, excitée par le frottement de l’archet, devient une corde vibrante. Le réglage du pantographe, en particulier, joue un rôle très important.
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